[发明专利]三稳态液晶显示装置

说明书

发明领域

本发明涉及液晶显示装置以及驱动这些装置的方法。

发明背景

采用液晶的装置现已用于各种电光场合，尤其是需要小型、能量效率高、电压控制的光阀的那些应用，如手表和计算器显示器以及手提电脑和小型电视中的平面显示器。液晶显示器有许多独特的特点，包括操作电压和功率低，这些特点使得液晶显示成为目前最具前景的非发射型电光显示器候选者。

液晶领域的最新进展是在提供微秒切换和双稳态运行的装置中采用倾斜手性近晶型液晶，其中一类称为铁电性液晶。铁电性液晶由R.B.Meyer等人(J.Physique 36,1-69(1975)发现。对于铁电性液晶，N.A.Clark等人(Appl.Phys.Lett.36,899和美国专利4,367,924)发现在用“表面稳定化铁电性液晶”(SSFLC)时有高速光学切换的现象。

现已开发出许多新的铁电性液晶并充分测试了它们的切换特性。尽管采用这些材料的装置表现出响应迅速和视角宽的优点，但是要开发SSFLC装置仍存在许多问题。这些问题包括阈值特性不够，对比不令人满意(由于人字形缺陷)，以及因难以控制对齐(排齐)而导致双稳态不充分。

更近一段时间，另一类倾斜的手性近晶型液晶-反铁电性液晶(AFLC)已被开发出来。除了用于铁电型液晶装置的倾斜手性近晶C相(S_C^*相)外，反铁电性液晶还可在手性近晶C_A相(SC_A^*相)中切换。

Chandani等人(Japan J.of Applied Physics 27(5),L729-732(1988))已经描述了采用反铁电性液晶的装置。用于这些装置的反铁电性液晶表现出三个稳定的状态：受电场作用时的两个稳态以及电场不存在时的第三个反铁电态。反铁电液晶的特征是具有独特的阈值以及允许在两种驱动状态下都可利用其记忆效应的双重滞后。反铁电性液晶容易切换，并能提供缺陷很少且能恢复对齐的装置。

在AFLC装置中，在不施加电场的情况下，AFLC组合物具有一成层结构，该结构包含许多近晶层，每层分子在与毗邻层分子相反的方向上倾斜，从而使液晶组合物没有净偏振(net polarization)。交替的分子方向偶极子(director)还产生了平行于近晶层的层法线的统一的均一光轴。当置于一对交叉起偏器之间使得起偏器的一个偏振轴与组合物均一光轴对齐时，装置表现出暗状态。施加电场后，液晶取向，使自发偏振与电场对齐，产生两个亮状态中的一个(取决于电场的极性)。扭曲的铁电体和变形的螺旋装置也观察到三稳态切换性能。

尽管现有技术的AFLC装置已经提供了三稳态切换，但本领域中仍需要能提供三稳态切换、分级显示(灰度)、阈值控制、滞后控制和快速响应时间并能用于小型和大型显示器的液晶显示装置。另外，本领域中还需要克服现有技术在偏振、阈值电压控制和对比度方面限制的液晶显示装置。

发明概述

简言之，本发明一方面提供一种三稳态液晶显示装置，该装置包含(a)第一和第二相对的基材，至少一个基材携带有对齐涂层(alignment coating)，每个基材携带有至少一个电极以确定一个或多个像素；(b)放置在基材之间的倾斜近晶状或诱生的倾斜近晶状液晶组合物；和(c)一对正交放置的起偏器，每个起偏器具有一个偏振(或透光)轴，一个偏振轴与所述液晶组合物的倾斜近晶状或诱生倾斜近晶状中间相的零场光轴对齐；其中，基材的放置使液晶组合物对齐，该液晶组合物包含(ⅰ)至少一种手性液晶化合物(“偏振添加剂”)；和(ⅱ)至少一种可用下列通式表示的非手性液晶化合物：

R-M-N-(P)_a-OCH₂R_f(Ⅰ)其中M,N和P独立选自芳环、杂芳环、脂环、杂脂环、取代的芳环、取代的杂芳环、取代的脂环和取代的杂脂环，单个的环是稠环或非稠环，这些环通过共价键或有机连接基团(可任选地含有一个或多个杂原子)相互连接；R是烷基、链烯基、烷氧基或烷氧基亚烷基(alkene group)；a是0或1的整数；R_f是全氟醚基团；其中该液晶组合物表现出三稳态切换。